CST仿真，波导端口线阻抗为什么会随着频率而变化?

来源：CST仿真专家之路更新时间：2024-06-23 阅读：

作者 | Danner Dan

CST中如果使用波导端口进行激励，则在仿真完成后，可以从导航树2D/3D Results > Port Modes > Port 1 > e1/h1中查看到端口处的线阻抗。

首先通过宏命令：Macros > Calculate > Calculate analytic Line Impedance创建接地共面波导 (CPW)，在下图所示参数设置后，点击Build 3D按钮，会自动创建好接地共面波导3D模型。

在CPW两端添加波导端口激励，并将仿真频率范围设为0 ~ 10GHz（中心频率5GHz）后运行仿真，查看端口模式和端口线阻抗，其线阻抗值为38.05 Ohm。

将频率范围改为0-30GHz（中心频率15GHz）后再仿真，可以观察到线阻抗值变为91.41 Ohm。

仔细对比两个频率对应的端口模式3D场型图，可以发现随着频率范围的改变，端口处虽然都是QTEM模式，但其模式场型已经不再相同。只要在传输线的横截面上存在两种或两种以上不同属性的材料，此传输线就必定色散。简而言之，在这种情况下，同一模式的阻抗会随着频率的变化而变化。此类传输线称为非均匀传输线 (inhomogeneous transmission line)。

为了观察模式场型和端口线阻抗与频率之间的对应关系，下面分别给出了中心频率为5GHz、8GHz、12GHz、15GHz处的端口电场模式图。

① 中心频率5GHz：线阻抗38.05 Ohm：

② 中心频率8GHz：线阻抗40.04 Ohm：

③ 中心频率12GHz：线阻抗60.44 Ohm：

④ 中心频率15GHz：线阻抗91.41 Ohm：

通过观察可以发现随着中心频率逐渐变大，QTEM模式的场型也随之渐变，从8GHz左右，传输线的色散特性开始显现，整个场型开始逐渐变化，端口线阻抗也开始非线性增大。对比中心频率为5GHz和15GHz的端口模式场型图，即可发现虽然端口模式的类型没有变化，但是场型已经发生了改变，所以端口线阻抗也随之改变。

如果端口处的传输线是色散的，且仿真带宽较大的话，建议作如下设置：在功能区的Simulation选项卡下，点击T-Solver 图标，进入时域求解器设置对话框，勾选上红框显示部分，启用非均匀端口精度增强；然后点击Specials按钮，切换到Waveguide选项卡，确认Number of frequency samples设置为20。此时CST仿真会在整个频段根据设置的采样频点（此处设置为20个）对每个频点的端口阻抗进行匹配，从而为之后的S参数等计算进行归一化。设置完成后点击时域求解器窗口中的Start按钮即可开始仿真。